可注射性双交联透明质酸水凝胶。该方法具有原料易得、反应条件温和(室温进行)、反应时间短(数分钟内完成)、工艺简单(一步完成)等优点。该双交联透明质酸水凝胶由希夫碱交联和光交联两种交联机制形成,两种交联反应过程可一步完成,该双交联透明质酸水凝胶具有双交联网络结构,并且构成这两种交联网络结构的物质均为透明质酸,两种交联网络之间通过化学键连接在一起,具有良好的力学性能和微观结构均匀性。该水凝胶具有可注射性及还原/PH敏感的降解特性,与交联密度结合,能够很好地实现透明质酸水凝胶降解性能的调控。
[0025]本发明提供的可注射性双交联透明质酸水凝胶,其交联网链中含有对pH敏感的希夫碱和对还原敏感的二硫键,可响应其变化而发生降解/解离,具有还原和pH双重敏感性。该双交联透明质酸水凝胶独特的双网络结构和PH/还原敏感的解离机制,赋予其优异的生物相容性、良好的力学性能和结构稳定性、灵活可调的降解性能等。因此本发明制得的双交联透明质酸水凝胶的力学性能、微观结构、降解性能、溶胀性能等可灵活调控,且具有可注射性,还原/pH敏感性、高强度、降解速度可控等特点。该双交联透明质酸水凝胶既可用于体外培养细胞,也可实现体内注射应用,可满足注射型细胞递送、组织工程和细胞三维培养等生物医用领域对水凝胶性能的要求,具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例1制备的氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸的氢核磁共振图谱。
[0027]图2为本发明实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶的微观结构照片。
[0028]图3为本发明实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶压缩应力-应变曲线。
[0029]图4为本发明实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶和单纯希夫碱交联水凝胶流变学性能对比图。
[0030]图5为本发明实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶和原料透明质酸在透明质酸酶作用下的降解性能。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明,但本发明并不限于此。
[0032]实施例1
[0033]氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸的制备:
[0034]I)配制质量百分浓度为I %的透明质酸(分子量为60万)水溶液,接着依次加入N-羟基琥珀酰亚胺、3,3’ - 二硫代二丙酰肼和1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐,其用量分别为透明质酸重复单元摩尔数的0.7、4和0.6倍;然后,利用浓度为lmol/L的NaOH溶液和盐酸将pH调至5.2,在室温下搅拌反应36小时;反应结束后,反应体系用去离子水透析3天(透析袋截留分子量为3500Da,以下同),经零下20°C /72小时和20°C /4小时冷冻干燥得到氨基功能化透明质酸;
[0035]2)配制质量百分浓度为I %的氨基功能化透明质酸水溶液,然后加入透明质酸重复单元数0.2倍的甲基丙烯酸缩水甘油酯,用浓度为lmol/L的NaOH溶液将pH调至8.0,在70°C下磁力搅拌反应6小时,再经去离子水透析3天;最后,对透析后的产物溶液进行冷冻干燥(零下20°C保持72小时、20°C保持4小时),得到氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸。
[0036]醛基化透明质酸的制备:
[0037]在质量百分浓度为I %的透明质酸(分子量为60万)水溶液中,加入等摩尔量的高碘酸钠水溶液,在磁力搅拌下室温避光反应8小时,接着加入溶液体积2 %的乙二醇,继续反应I小时,再用去离子水透析3天,最后经零下20°C /72小时和20°C /4小时冷冻干燥,得到醛基化透明质酸。
[0038]可注射双交联透明质酸水凝胶的制备:
[0039]将氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸和水溶性光引发剂2-羟基-4' -(2-羟乙氧基)-2_甲基苯丙酮溶于蒸馏水中,得到质量百分浓度为3.5%的氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸溶液,然后加入醛基化透明质酸水溶液,混合均匀后紫外光(中心波长为365nm、光能量密度为1200mJ/cm2、辐照距离为15cm)辐照5分钟,即得到可注射性双交联透明质酸水凝胶。其中,水溶性光引发剂用量为氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸质量的0.5%,氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸溶液和醛基化透明质酸溶液的体积比为9:1,氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸和醛基化透明质酸质量比为4.4:1。
[0040]图1为实施例1制备的氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸的氢核磁共振图谱。由图1可以看出,1.9ppm、3.30?3.90ppm和4.40?4.60ppm处的质子信号分别为透明质酸中 C( = 0)CH3、H-2, 3,4,5,6 和 H-1 的化学位移;2.58ppm、3.02ppm 和 1.82ppm、5.63ppm、
5.92ppm处的质子信号为碳碳双键相邻质子以及3,3’ - 二硫代二丙酰肼中各质子的化学位移。这些结果证实合成了氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸。
[0041]图2为实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶的微观结构照片。由图2可以看出,该水凝胶呈现多孔结构形貌,孔径大小比较均匀,平均孔径约为100 μ m。
[0042]图3为实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶的压缩应力-应变曲线。由图3可以看出,该水凝胶的压缩模量为16.lkPa,具有较好的弹性形变恢复能力。
[0043]图4为实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶和单纯希夫碱交联水凝胶流变学性能对比图。由图4可以看出,这两种水凝胶的储能模量均远大于损耗模量,说明它们均具有良好的弹性性能;其中,本发明制得的双交联透明质酸水凝胶储能模量显著大于希夫碱交联形成的水凝胶,说明本发明制得的双交联形成的透明质酸水凝胶具有更好的弹性性能。
[0044]图5为实施例1制备的双交联透明质酸水凝胶和原料透明质酸在透明质酸酶作用下的降解性能。由图5可以看出,透明质酸原料第I天降解率就高达60%,远大于水凝胶的降解速度;在降解期间,水凝胶降解速度较为恒定。这说明,可以利用交联度灵活控制水凝胶降解速度。
[0045]实施例2
[0046]氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸的制备:
[0047]I)配制质量百分浓度为0.2%的透明质酸(分子量为100万)水溶液,接着依次加入N-羟基琥珀酰亚胺、胱胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐,其用量分别为透明质酸重复单元摩尔数的0.24、10和0.2倍;然后,利用浓度为lmol/L的NaOH溶液和盐酸将PH调至5.0,在室温下搅拌反应24小时;反应结束后,反应体系用去离子水透析3天(透析袋截留分子量为3500Da,以下同),经零下20°C /72小时和20°C /4小时冷冻干燥得到氨基功能化透明质酸;
[0048]2)配制质量百分浓度为0.5%的氨基功能化透明质酸水溶液,然后加入透明质酸重复单元数0.15倍的甲基丙烯酸缩水甘油酯,用浓度为lmol/L的NaOH溶液将pH调至8.0,在85°C下磁力搅拌反应3小时,再经去离子水透析3天;最后,对透析后的产物溶液进行冷冻干燥(零下20°C保持72小时、20°C保持4小时),得到氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸。
[0049]醛基化透明质酸的制备:
[0050]在质量百分浓度为I %的透明质酸(分子量为100万)水溶液中,加入等摩尔量高碘酸钠的水溶液,在磁力搅拌下室温避光反应18小时,接着加入溶液体积2%的乙二醇,继续反应2小时,再用去离子水透析3天,最后经零下20°C /72小时和20°C /4小时冷冻干燥,得到醛基化透明质酸。
[0051]可注射双交联透明质酸水凝胶的制备:
[0052]将氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸和水溶性光引发剂2-羟基-4' -(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶于蒸馏水中,得到质量百分浓度为3.5%的溶液,然后加入醛基化透明质酸水溶液,混合均匀后紫外光(中心波长为365nm、光能量密度为1200mJ/cm2、辐照距离为15cm)辐照3分钟,即得到可注射性双交联透明质酸水凝胶。其中,水溶性光引发剂用量为氨基/甲基丙烯酰双功能化透明质酸质量的0.3%,氨基/甲